ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 4692
Скачиваний: 7
Благодаря малой теплопроводности воды тепло слабо передается на глубину. Поэтому в целом
Мировой океан является холодной сферой и имеет среднюю температуру около +4°С.
В распределении температуры поверхностных вод Океана наблюдается
зональность,
выражающаяся в постепенном уменьшении ее от экватора к полюсам (табл. 9).
Анализ таблицы, а также карт годовых и сезонных (февраля и августа) изотерм воды
свидетельствует о том, что пояс наивысших температур (более 26°С) охватывает широкой полосой
термический экватор Земли.
Таблица 9
Средние годовые температуры поверхности вод океанов
(по Л. К. Давыдову и др.)
Широта
Средние годовые температуры,
°С
Широта
Средние годовые температуры,
°С
Северное
полушарие
Южное
полушарие
Северное
полушарие
Южное
полушарие
0°
27,1
27,1
50°
7,9
6,4
10°
27,2
25,8
60°
4,8
0,0
20°
25,4
24,0
70°
0,7
-1,3
30°
21,3
19,5
80°
-1,7
-1,7
40°
14,1
13,3
90°
-1,7
–
В тропических и особенно умеренных широтах зональная закономерность температуры вод
нарушается прежде всего течениями, что приводит на фоне зональности к
региональности
(провинциальности).
В тропических зонах на западе океанов вода на 5 – 7 °С благодаря теплым
течениям теплее, чем на востоке, где холодные течения.
В умеренных широтах южного полушария, где господствуют морские просторы, температура
воды плавно понижается в направлении полюсов. В северном полушарии эта закономерность
нарушается течениями: на востоке океанов благодаря теплым течениям температуры воды весь год
положительные, а на западе океанов вследствие холодных течений вода зимой замерзает (севернее
полуострова Новая Шотландия в Атлантике, севернее полуострова Корея в Тихом океане).
В высоких широтах температура воды летом во время полярного дня около 0ºС, а зимой во время
полярной ночи подо льдом – 1,5 ... –1,7°С. Здесь на нагревание и охлаждение воды влияют отчасти
ледовые явления. Осенью при образовании морского льда выделяется теплота, которая смягчает
температуру воды и воздуха. Весной на таяние льда затрачивается тепло, поэтому прогревание воды
и воздуха над ней замедляется.
Суточные колебания температуры воды всюду незначительные и, как правило, не превышают 1°С.
Годовые колебания температуры достигают наибольших значений (8– 10°С) в субтропических
широтах, где весь год преобладает антициклональный режим погоды (см. табл. 10).
Во всех океанах, кроме высоких широт, по вертикали выделяют два основных слоя:
теплый
поверхностный
и мощный
холодный, простирающийся до дна.
Между ними лежит переходный
слой
температурного скачка,
или
главный термоклин,
в пределах которого температура резко понижается
на 10–12 °С. Выравниванию температур в поверхностном слое способствует конвекция за счет
сезонного изменения температуры деятельной поверхности и солености, а также волнения и течения.
В полярных и субполярных широтах распределение температуры по вертикали другое: сверху
располагается тонкий (100 м) холодный (0... – 1,5°С) опресненный слой, образующийся благодаря
таянию материковых и речных льдов (в Арктике). Далее до глубины примерно 500 – 800 м
температура повышается в среднем на 2°С в результате притока более соленых и потому более
плотных, но относительно теплых вод из умеренных широт и потом вновь понижается, достигая у
дна отрицательных значений. Р.К. Клиге отмечает, что в Арктическом бассейне с глубины примерно
800–
1000 м сформировалась огромная водная масса, доходящая до дна, с отрицательной
температурой от –0,4 до –0,9 °С. Толщина ее зависит от рельефа дна океана и может достигать более
трех километров, что в два раза больше максимальной мощности мерзлых толщ на суше.
Таблица 10
Годовые колебания (амплитуда) температуры поверхности вод Мирового океана в зависимости
от широты места
(по Л. К. Давыдову и др.)
Широта
50°с. 40°
30°
20°
10°
0
10°
20°
30°
40°
50°ю.
Амплитуда 8,4
10,2
6,7
3,6
2,2
2,3
2,6
3,6
5,1
4,8
2,3
Изменение температуры воды по вертикали существенно сказывается на органической жизни и
ряде природных процессов.
Самый теплый океан – Тихий. Средняя температура его поверхностных вод +19,1 °С, так как у
него большая площадь в экваториально-тропических широтах и слабая связь с Северным Ледовитым
океаном. В Атлантическом океане все наоборот, поэтому средняя температура поверхностных вод +
16,9°С.
Самые высокие температуры воды наблюдаются во внутренних тропических морях и заливах:
летом в Красном море +32 °С, в Персидском заливе +35,6 °С.
Самым холодным является Северный Ледовитый океан. Он почти весь год покрыт льдами, за
исключением Норвежского моря, частично Баренцева моря и окраинных морей летом. По ним
проходит Северный морской путь – главная судоходная магистраль России в Арктике длиной 5600 км
–
от Карских ворот до Бухты Провидения. В морях Северного Ледовитого океана даже летом
температура воды около 0°С. Восточно-Сибирское,
Чукотское моря, море Бофорта почти весь год покрыты льдами, под которыми температура воды –1,5
... –
1,7 °С. То же происходит и в Антарктике в морях Росса, Беллинсгаузена, Уэделла.
В морях полярных и субполярных широт льды – основной признак ландшафта.
Замерзание воды.
Процесс образования льда в океане сложнее, чем в пресной воде, замерзающей при
температуре 0°С. Морская вода замерзает при отрицательных температурах. При этом, чем выше
соленость, тем ниже температура замерзания (при S = 35 ‰ около –2°С). Замерзанию морской воды
препятствует конвекция. При солености 24,7 ‰ температура замерзания воды и наибольшей
плотности совпадают и равны – 1,3°С (рис. 83). Воды с соленостью меньше 24,7 ‰ называют, по
предложению Н. М. Книповича, солоноватыми. На графике видно, что в солоноватой воде при
понижении температуры вначале достигается температура наибольшей плотности, при которой
конвекция прекращается, а по достижении температуры замерза ния образуется лед. В воде с
5>24,7%
0
сначала достигается температура замерзания воды, но лед образоваться не может, так как
продолжается конвекция. Лишь при дальнейшем охлаждении воды и достижении температуры
наибольшей плотности перемешивание воды прекращается и образуется лед. Таким образом,
солоноватая вода, как и пресная, замерзает при достижении температуры замерзания, а соленая – при
температуре наибольшей плотности.
Рис. 3. График зависимости температуры наибольшей плотности и температуры замерзания морской
воды от ее солености.
Замерзанию полярных морей препятствует ветровое волнение, а способствуют реки и дожди,
уменьшая соленость воды, а также снег и айсберги, которые не только опресняют воду, но и
понижают ее температуру и ослабляют волнение.
Морской лед соленый, но его соленость в
5
–
6 раз меньше солености той воды, из которой он
возник. Поэтому осенью при замерзании морской воды и образовании льда соленость поверхностных
вод возрастает, они становятся плотнее, тяжелее и опускаются. Весной при таянии морского льда
соленость поверхностных вод уменьшается, конвекция прекращается.
Льды в океане
бывают сезонными и существующими более одного года. Процесс образования
льда проходит несколько стадий. К начальным формам льда относятся
иглы-кристаллы
до 10 см
длиной, из которых при срастании образуются пятна-диски –
ледяное сало.
Одновременно появляется
снежура
–
кашеобразная масса из снега, пропитанного водой, и
шуга
–
скопления льда в виде полос и
пятен из сбившихся при ветре ледяного сала и снежуры. В это же время у берегов на мелководьях
образуются
ледяные забереги –
полосы льда, примерзшие к суше. Увеличиваясь в размерах и
мощности, они превращаются в
береговой припай.
При дальнейшем понижении температуры при
волнении образуются ледяные диски диаметром более 30 см –
блинчатый лед.
При тихой погоде в
результате смерзания начальных форм льда образуется сплошная тонкая (до
5
см) ледяная корка,
которую в опресненной воде морей называют
склянкой,
а в соленой –
ниласом.
Молодой лед
толщиной до 10 см называют
молодик.
Он серого цвета, так как через него просвечивает вода.
Утолщаясь, он становится
взрослым
льдом, его мощность 30 – 70 см, он белого цвета. В се-зонно
замерзающих морях это предельная форма льда.
В Арктике и Антарктике, помимо
сезонного льда,
есть льды
однолетние, двухлетние,
многолетние.
Однолетние льды – это льды, просуществовавшие лето и сохранившиеся к началу
нового ледообразования. Они достигают мощности около метра. Им свойственны
торосы
–
нагромождения льдин, возникающие в результате бокового давления ледяных полей, образования
трещин и хаотического наползания льдин друг на друга. Двухлетние льды достигают мощности
около 2 м, торосистость их меньше за счет подтаивания во время полярных дней.
И наконец, многолетние льды –
полярный пак,
существующий более двух лет, толщиной
5-
7 м,
голубого цвета, с сильно сглаженными торосами в результате неоднократного подтаивания.
Полярный пак сильно опреснен за счет летней талой воды на его поверхности. В Северном
Ледовитом океане паковые льды занимают 70 % всей площади льдов.
Эта классификация дает представление о процессе образования и развития ледяного покрова и в
то же время является систематизацией льдов по возрасту.
По
происхождению льды
в Океане делятся на морские, речные и материковые, или глетчерные.
Морские льды
образуются непосредственно в море из морской воды, поэтому они слабосоленые.
Они занимают основную часть площади льдов в Мировом океане, особенно в северном полушарии.
Общая площадь морских льдов в обоих полушариях оценивается в 26 млн км
2
, что составляет 7 %
площади Океана. В северном полушарии они достигают 50-х широт, а в южном даже 40-х. Граница
плавучих морских льдов оконтуривает в основном среднегодовая изотерма – 10 °С. Обращает на себя
внимание факт почти полной стыковки границ распространения плавучих льдов в море и
многолетнемерзлых пород на суше.
Речные
пресноводные льды распространены лишь в северном полушарии.
Материковые льды
тоже пресные. Это или находящиеся на плаву части покровных шельфовых
ледников, спускающиеся в море, или их обломки.
По подвижности
льды в морях подразделяются на
неподвижные и дрейфующие
. Основная
форма неподвижного льда –
береговой припай,
достигающий в ширину нескольких десятков или
даже сотен километров. Он может не взламываться в течение нескольких лет. К неподвижным льдам
относятся также
стамухи
–
льдины, примерзшие ко дну на мелководьях.
Дрейфующие,
или плавучие, льды перемещаются под влиянием ветров и течений. Они могут быть
как морского, так и материкового происхождения. К дрейфующим льдам материкового
происхождения относятся айсберги и ледяные острова.
Айсберги,
или
ледяные горы,
–
обломки
выводных ледников, под водой у них находится 80–90% объема, высота надводной части до 100 м.
Ледяные острова
–
обширные столообразные по форме обломки шельфовых ледников. Они
достигают огромных размеров до десятков километров в длину и ширину. Максимальная
зарегистрированная их длина 280 км в Антарктике. Для наблюдения за айсбергами организован
ледовый патруль.
Разрушение льда происходит под действием солнечной радиации и теплых воздушных масс.
Сначала на поверхности льда образуются
снежницы
–
озерки талой воды, а у берегов полосы воды –
закраины.
Потом во льду появляются трещины, разводья, полыньи, разбивающие ледяные поля на
отдельные глыбы, которые постепенно тают.
Ледовый покров оказывает огромное влияние на климат Земли, жизнь в океане, морской
промысел, судоходство и т. д.
14.4. Динамика вод в Мировом океане
Воды Мирового океана находятся в постоянном движении. Различают два вида движения –
волнение и течения.
Волнение
–
это колебательное движение. Наблюдателю кажется, что волны бегут по поверхности
моря, а в действительности движения воды в горизонтальном направлении не происходит. Водная
поверхность при волнении колеблется вверх-вниз от среднего уровня, около положения равновесия.
Такое же впечатление производит и волнующееся от ветра хлебное поле. Однако форма волны при
волнении совершает определенное перемещение, заключающееся в передвижении в пространстве ее
профиля вследствие движения частиц воды по замкнутым, почти круговым орбитам.
Всякая волна представляет собой соединенное возвышение и углубление, что хорошо видно в
поперечном ее разрезе (рис. 84). Основные части волны:
гребень
–
наиболее высокая часть волны;
подошва
–
наиболее низкая часть волны;
склон
–
профиль между гребнем и подошвой волны.
Основные характеристики волны:
высота h
–
разность уровней гребня и подошвы волны;
длина λ
–
кратчайшее расстояние по горизонтали между двумя смежными гребнями или подошвами волн;
крутизна α
–
угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью.
Скорость
перемещения
формы волны υ – расстояние, которое проходит любая точка профиля в единицу времени (м/с).
Период волны τ
–
промежуток времени, в течение которого каждая точка волны проходит расстояние,
равное длине волны. Длина волны, период и скорость распространения волн связаны уравнением λ =
υ*
τ
.
Направление распространения волны
определяется по той стороне горизонта, откуда идет волна.
Фронт волны
–
линия, проходящая вдоль гребней волны перпендикулярно направлению
перемещения волнового профиля.
По происхождению различают следующие типы волн: волны трения (ветровые и глубинные),
анемобарические, сейсмические, сейши, приливные волны.
Рис. 84. Форма свободной волны (λ – длина волны, h – высота волны)
Ветровые волны
возникают вследствие трения на границе воздуха и воды. Ветер повсюду служит
главной причиной возникновения волн. Первоначальная форма ветровых волн – рябь, возникающая
при порывистом ветре со скоростью менее 1 м/с. При ветре со скоростью более 1 м/с образуются
сначала мелкие, а при его усилении и крупные гравитационные волны. Помимо скорости ветра, их
возникновению способствует продолжительность ветров и величина акватории. На первых порах эти
волны двухмерные – имеют длину и высоту, идут валами, а фронт волны достигает большой
протяженности. Но поскольку ветер дует порывисто, меняя скорость и направление, то правильность
движения волн нарушается, они становятся беспорядочными, накладываются друг на друга, местами
увеличивая свою высоту, местами гася ее, и в конечном счете становятся трехмерными. Под
шириной
трехмерных волн понимается длина гребня волны, которая невелика ввиду того, что ложбины
образуются не только впереди и позади волн, но и по сторонам от гребней. Такие волны обычно
высокие и крутые, а по форме пирамидальные. Подобные волны, получившие название
толчея,
присущи центральным областям циклонов, где волны разных размеров направлены навстречу друг
другу, и море буквально «кипит». Трехмерные волны весьма неприятны для моряков, так как качка
кораблей становится одновременно и килевой, и боковой. Хорошими мореходными качествами
обладают катамараны – судна с двумя параллельно расположенными корпусами, соединенными в
верхней части. Волнение в море оценивают по девятибалльной системе.
Наибольшую повторяемость в Мировом океане имеют волны высотой менее 2 м. Но в штормовых
областях, которыми являются северные части Тихого и Атлантического океанов и особенно
сплошное водное кольцо к югу от 40° ю. ш. (так называемые сороковые «ревущие широты»), высота
волн в течение всего года превышает 3 м. В антарктических водах зарегистрирована волна высотой
около 30 м.
Когда ветер стихает, волнение приобретает характер
зыби
–
волнения по инерции. У таких волн
небольшая высота при очень большой длине (сотни метров), и в открытом океане они незаметны. Но
при встрече отлива с зыбью, идущей со стороны моря, близ берегов возникает толчея опасных
пирамидальных волн, называемая
сулой.
При сильных ветрах гребень волны может запрокидываться, образуя белые барашки из пены –
пузырьков воздуха. Особенно существенные деформации приобретает форма волны близ берегов на
мелководьях: из-за трения о дно длина волн уменьшается, а высота и крутизна возрастают, гребень
волны запрокидывается, и часть воды получает поступательное движение. Это явление называется
прибой.
В случае подводных возвышений на расстоянии 1–2 км от берега разрушение волны
происходит в море
(бурун)
и вплоть до берега вода обладает поступательным движением со
скоростью до 15–20 км/ч. Катания на бурунах в лодках-плоскодонках или на досках – особый вид
спорта. Пенистый вал при бурунах служит предупреждением морякам о наличии отмелей и рифов.
У глубоких крутых берегов волна разрушается иначе, чем на мелководьях. Она ударяется о
высокий берег, происходит взброс воды на высоту 50–60 м, и от колоссальной силы удара скалы
разрушаются. На побережьях таких морей у портов сооружают специальные волнорезы,
рассчитанные на сверхмаксимальное давление волн (у берегов Шотландии – 37 т/м
2
, в проливе Ла-
Манш у берегов Франции – 60 т/м
2
). От штормовых волн, вторгающихся на низменную сушу,
страдает население многих стран Центральной Америки, Японии, Европы и других регионов. В
декабре 1999 г. на побережье Дании они были самыми разрушительными в XX столетии.
Положительное значение волнения в том, что волны перемешивают воду, занося в ее толщу до
глубины 100 – 200 м тепло и кислород и вынося на поверхность питательные вещества. Попытки
использовать энергию волн пока не выходили за пределы экспериментов.
Ветром обусловливаются и долгопериодичные колебания воды в прибрежной зоне – ветровые
сгоны и нагоны. Сгоны возникают при ветрах, устойчиво дующих от берега, нагоны, наоборот, – к
берегу. В первом случае уровень моря устойчиво падает на тот период, пока дует ветер с суши, во
втором, наоборот, повышается, вызывая затопление прибрежных территорий. Сгоны и нагоны могут
быть устойчивыми, например в зонах постоянно дующих пассатов, или временными, возникающими
только при благоприятных синоптических условиях, например при прохождении циклонов.
Глубинные (внутренние) волны
возникают на границах двух слоев воды с разными свойствами
(соленость, температура, плотность). Они часто возникают в проливах, где два этажа течений
(например, в Босфоре), близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Такие волны способствуют
перемешиванию вод океана, но они небезопасны. Поэтому эти волны привлекают внимание не только
ученых-океанологов, но и гидробиологов, гидроакустиков, гидростроителей, специалистов по
буровым установкам, подводников, капитанов крупных океанских лайнеров с глубокой осадкой и др.
Анемобарические волны
возникают в связи с быстрым изменением атмосферного давления в
местах прохождения циклонов, особенно тропических. Обычно они одиночные, вред их в море
невелик, поскольку вспучивание водной поверхности составляет около 1 м. Но на низких побережьях
они вызывают катастрофические наводнения, так как высота их на мелководье увеличивается,
достигая нескольких метров, и вода проникает в глубь суши на десятки километров. Эти волны
особенно опасны, когда совпадают с высоким приливом, как это случилось в 1953 г. в Голландии.
Барическая волна десятиметровой высоты прорвала знаменитые дамбы, отделяющие страну от моря,
затопила 2,5 тыс. км
2
, в результате чего погибло около 1500 человек, было разрушено 150 тыс. домов.
Таким наводнениям часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая,
Индии, Японии.
Сейсмические волны,
или
цунами,
–
это волны, вызываемые подводными и прибрежными
землетрясениями силой более 6 баллов и неглубоким (до 40 км) расположением их очагов, а также
извержениями вулканов. В океане они почти неощутимы, поскольку высота их менее 1 м, а длина до
600 км. Однако у них огромная скорость распространения – 400–800 км/ч. Высота цунами у
побережий достигает 10 – 20 м, в исключительных случаях в узких заливах – до 35 м, и к побережью
волны подходят группами. Сначала перед цунами море отступает на сотни метров, оставляя на
мелководьях рыбу, крабов, моллюсков и прочую живность, а потом волны с огромной скоростью с
интервалом 15–20 мин «набрасываются» на побережье, разрушая все на своем пути и выбрасывая на
берег суда. Самые активные зоны зарождения цунами связаны с сейсмическим поясом Тихого океана.
Последнее, самое крупное цунами сейсмического происхождения, с которым связаны
катастрофические бедствия, произошло в 1960 г. у берегов Чили. А одно из самых сильных цунами
вулканического происхождения случилось в 1883 г. при извержении вулкана Кракатау в Зондском
проливе. Высота волн достигала 30 м, и многие близлежащие острова оказались под водой. В
настоящее время существует специальная служба оповещения о цунами, центр которой находится на
Гавайских островах. Корабли спасаются от цунами, выходя в открытый океан.
Сейши
–
это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях под влиянием
резкого нарушения равновесия вод из-за колебания давления, обильных осадков в одной части
акватории, быстрой смены направления или скорости ветра. При этом наблюдаются вертикальные